利用MEMS技術於微型加熱板之設計與模擬研究

Design and Simulation of MEMS Micro-hotplates

黃永昇(Yong-Sheng Huang)

指導教授 ： 呂志誠

國立臺北科技大學/機電學院/機電整合研究所/碩士(2010年)

摘要

本論文主要研究可提供多重熱源分佈的陣列式微型加熱板設計方法，並利用微機電系統製程完成微型元件製作。微型加熱板主要包含微型加熱器、溫度感測器、複合介電薄膜層及電熱絕緣薄膜層。微型加熱器的幾何設計可分為蜿蜒、環形、方形及指叉型為主。溫度感測器是由熱阻效應偵測出電阻值變化及決定該材料之溫度係數。複合介電薄膜層則是透過KOH背面濕蝕刻來完成，主要用於避免微型加熱板產生多餘的熱散失及降低功率消耗。基於設計可行性的考量，本文利用ANSYS有限元素分析工具來進行其設計與模擬研究。先對不同幾何設計的微型加熱器進行電熱響應分析，由模擬結果確認方形幾何設計的微型加熱器可在200 mW驅動功率下提供540.16

關鍵字

陣列式微型加熱板 ； 微型加熱器 ； 微機電製程 ； 有限元素法

並列摘要

This thesis mainly describes the design rules of a micro hotplate (MHP) array which provides multiple-thermal distribution, and implementation of the MHP array by micro-electromechanical systems (MEMS) process. A micro-hotplate includes a micro-heater, a temperature sensor(s), a composite dielectric membrane and a thermoelectrical isolation layer. Typically geometrical designs of the micro-heater include meander, ring, square and interdigitated types. The temperature sensor detects resistance change and thermal coefficients via thermoresistive effect. The dielectric membrane layers are completed by KOH back etching process, which enables decreased thermal and electrical power losses. In this paper, ANSYS the finite element analysis (FEA) tool is employed to carry out simulations for design while feasible designs are initially considered. Electrothermal simulations are first performed for different geometries of micro-heaters, and it is found that the square heater superior to others can offer 540.16

並列關鍵字

Micro-hotplate ； Micro-heater ； MEMS ； FEM

參考文獻

編號:E11-008。

Modeling Conference 2006。

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